DE102009027702A1

DE102009027702A1 - Einstellvorrichtung zum Bewegen einer Einstellkomponente mit einem Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102009027702A1
Application number: DE102009027702A
Authority: DE
Inventors: Yvan Bourqui; Simon Weisflog
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Einstellvorrichtung zum Bewegen einer Einstellkomponente (20) umfasst einen Elektroantrieb, der eine Antriebswelle aufweist, welche über ein Getriebe (30) auf eine Abtriebswelle (30a) wirkt, an welche die Einstellkomponente gekoppelt ist. Das Getriebe (31-33) ist so gestaltet, dass das Übersetzungsverhältnis der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle zur Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle (30a) nicht konstant ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einstellvorrichtung zum Bewegen einer Einstellkomponente mit einem Elektroantrieb gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mannigfache bewegbare Einstellkomponenten sind bekannt, wie schwenk- oder drehbare Blenden in einem Scheinwerfer (vgl. DE 103 56 950 A1 , DE 10 2006 017 132 A1 und EP 1 070 911 A2 ), lenkbare Kraftfahrzeugräder (vgl. WO 2006/079492 A1 ), verschiebbare Linsen (vgl. US 5,068,768 ) oder Lampenträger (vgl. CH 124 653 ).
Elektroantriebe dienen dabei zum gesteuerten Einstellen der Einstellkomponente. Gängige Elektroantriebe, wie sie aus der EP 1 431 118 A2 und CH 696 067 A5 der gleichen Anmelderin bekannt sind, erlauben es, die Lage der Antriebswelle genau einzustellen und dadurch die Einstellkomponente präzise zu bewegen. Jedoch können die Drehzahl der Antriebswelle und somit die Geschwindigkeit, mit welcher die Einstellkomponente bewegt wird, nur in einem beschränkten Mass geändert werden. Ungleichförmige Bewegungsabläufe, bei denen die Einstellkomponente sowohl langsam als auch schnell bewegt werden soll, sind daher schwierig zu realisieren.
Aus der US 2,061,322 ist ein Getriebe mit spiralförmigen Rädern bekannt, mittels welchem ein nicht-konstantes Übersetzungsverhältnis realisierbar ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einstellvorrichtung anzugeben, welche ungleichförmige Bewegungsabläufe einer Einstellkomponente ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Einstellvorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen sowie einen Scheinwerfer mit einer Einstellvorrichtung an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
1 eine Explosionsansicht eines Scheinwerfers mit einer erfindungsgemässen Einstellvorrichtung;
2 den Scheinwerfer gemäss 1 im zusammengesetzten Zustand;
3 eine perspektivische Ansicht der auf einem Träger angebrachten Einstellvorrichtung gemäss 1;
4 das Getriebe der Einstellvorrichtung gemäss 1 in einer perspektivische Ansicht, welches sich in einer ersten Endstellung befindet;
5 das Getriebe der Einstellvorrichtung gemäss 1 in einer Explosionsansicht, welches sich in einer zweiten Endstellung befindet;
6 eine Vorderansicht der Einstellvorrichtung gemäss 1, wobei sich das Getriebe in der ersten Endstellung befindet;
7 eine Seitenansicht des Getriebes gemäss 6;
8 eine Vorderansicht der Einstellvorrichtung gemäss 1, wobei sich das Getriebe in einer Zwischenstellung befindet;
9 eine Seitenansicht des Getriebes gemäss 8;
10 eine Vorderansicht der Einstellvorrichtung gemäss 1, wobei sich das Getriebe in der zweiten Endstellung befindet; und
11 eine Seitenansicht des Getriebes gemäss 10.
1 und 2 zeigen einen Scheinwerfer mit einer Linse 1, einem Linsenhalter 2, einem Träger 3, einem Reflektor 4, einer Aufhängung 5 und einer Einstellvorrichtung 10. Die Aufhängung 5 ist in Form eines Rahmens ausgebildet, welcher fest im Scheinwerfergehäuse montierbar ist.
Linse 1, Linsenhalter 2, Träger 3 und Reflektor 4 sind drehfest miteinander verbunden und an der Aufhängung 5 um eine Schwenkachse 6 schwenkbar gelagert. Der Reflektor 4 ist z. B. ein elliptischer Reflektor, in dessen ersten der beiden Brennpunkte eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Lichtstrahlenbündels angeordnet ist, dessen Charakteristik mittels der Einstellvorrichtung 10 veränderbar ist. Die Lichtquelle, welche in den 1 und 2 nicht ersichtlich ist, ist z. B. eine Xenonlampe. Vorzugsweise befindet sich der Brennpunkt der Linse 1 im zweiten Brennpunkt des elliptischen Reflektors 4.
Wie 3 zeigt, ist die Einstellvorrichtung 10 am Träger 3 gehalten. Sie umfasst einen Elektroantrieb 29 mit einer Antriebswelle 29a, die über ein Getriebe 30 auf eine verschiebbare Einstellkomponente 20 wirkt. Als Elektroantrieb 29 dient z. B. ein bürstenloser Motor wie Schrittmotor oder bürstenloser Gleichstrommotor.
Wie 4 und 5 zeigen, umfasst das Getriebe 30 ein erstes Getriebeglied 31, ein zweites Getriebeglied 32, ein drittes Getriebeglied 33 und zwei Achsen, welche Drehachsen 30b, 30c bilden und welche parallel zueinander am Träger 3 gemäss 3 befestigt sind. Die Drehachsen 30b, 30c sind parallel zur Drehachse ausgerichtet, um welche die Antriebswelle 29a des Elektroantriebs 29 drehbar ist. Die Getriebeglieder 31–33 sind starr ausgebildet.
Das erste Getriebeglied 31 und das zweite Getriebeglied 32 sind drehfest miteinander verbunden und um die erste Achse 30b drehbar. Das dritte Getriebeglied 33 ist drehfest mit einer Abtriebswelle 30a verbunden und um die zweite Achse 30c drehbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Wellen 29a, 30a und die Getriebeglieder 31–33 jeweils mit Zähnen versehen, die zur Kraftübertragung ineinander greifen. Es ist auch denkbar, nicht gezahnte, sondern glatte Berührungsflächen zu verwenden, um mittels Reibung die Kraft zu übertragen.
Wie 6 zeigt, ist die Einstellkomponente 20 mittels zweier Achsen 21a, 21b geführt, die parallel zueinander am Träger 3 gemäss 3 befestigt sind. Die Einstellkomponente 20 ist in Form einer Leiste 20c ausgebildet, welche an den beiden Enden jeweils mit einem Führungselement 20a bzw. 20b versehen ist, durch welche die Achsen 21a, 21b verlaufen. Die Einstellkomponente 20 ist dadurch in axialer Richtung der Achsen 21a, 21b linear hin und her verschiebbar, wie dies in 6 durch den Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Das erste Führungselement 20a weist eine Zahnstange 24 auf, welche in Eingriff mit der Abtriebswelle 30a steht und welche zum Umsetzen der Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung dient.
Das erste Getriebeglied 31 dient zur Untersetzung der Drehbewegung der Antriebswelle 29a und weist, wie in 7 gezeigt, über den für die Kraftübertragung wirksamen Bereich eine kreisrunde Form auf. Der Wirkradius r₁ (Abstand zwischen der Drehachse 30b und der Berührungsstelle mit der Antriebswelle 29a) ist demnach konstant.
Das zweite Getriebeglied 32 weist über den für die Kraftübertragung wirksamen Bereich eine nicht kreisrunde Form auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Form spiralförmig, wobei der Wirkradius r₂ (Abstand zwischen der Drehachse 30b und der Berührungsstelle 34 mit dem dritten Getriebeglied 33) zunimmt, wenn das zweite Getriebeglied 32 gemäss 7 im Gegenuhrzeigersinn (vgl. Pfeil ω₁) gedreht wird.
Das dritte Getriebeglied 33 weist dieselbe Form wie das zweite Getriebeglied 32 auf, wobei der Wirkradius r₃ (Abstand zwischen der Drehachse 30c und der Berührungsstelle 34 mit dem zweiten Getriebeglied 32) abnimmt, wenn das dritte Getriebeglied 33 gemäss 7 im Uhrzeigersinn (vgl. Pfeil ω₂) gedreht wird.
Die Getriebeglieder 32 und 33 sind jeweils für eine Drehung von weniger als 360 Grad ausgelegt, im vorliegenden Beispiel für eine Drehung von 180 Grad.
In 6 und 7 befinden sich die Einstellkomponente 20 sowie das Getriebe 30 in einer ersten Endstellung. Wird nun mittels des Elektroantriebs 29 die Antriebswelle 29a in Drehung versetzt, werden die Getriebeglieder 31–33 und somit die Abtriebswelle 30a ebenfalls in Drehung versetzt, welche schliesslich eine geradlinige Verschiebung der Einstellkomponente 20 bewirkt.
In den 8 und 9 haben die Einstellkomponente 20 sowie das Getriebe 30 eine Zwischenstellung erreicht, indem die Getriebeglieder 31 und 32 um 90 Grad im Gegenuhrzeigersinn und das Getriebeglied 33 um 90 Grad im Uhrzeigersinn gedreht wurde. Die Berührungsstelle 34 zwischen den Getriebegliedern 32 und 33 ist dabei in Richtung der Drehachse 30c gewandert.
Bei weiterer Drehung wandert die Berührungsstelle 34 noch weiter in Richtung der Drehachse 30c, bis die zweite Endstellung erreicht ist, wie sie in den 10 und 11 gezeigt ist. Gegenüber der ersten Endstellung haben sich die Getriebeglieder 31–33 jeweils um 180 Grad gedreht.
Der Abstand zwischen den beiden Drehachsen 30b und 30c ist konstant, d. h. die Summe von r₂ und r₃ ist konstant. Die Wirkradien r₂ und r₃ selber ändern jedoch. Dies hat zur Folge, dass bei einer Drehung der Antriebswelle 29a mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit die beiden Getriebeglieder 31, 32 ebenfalls mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω₁ gedreht werden, während sich die Winkelgeschwindigkeit ω₂ ändert, mit welcher das dritte Getriebeglied 33 und die Abtriebswelle 30a gedreht werden. Demnach ist das Übersetzungsverhältnis der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 29a zur Winkelgeschwindigkeit ω₂ der Abtriebswelle 30a nicht konstant.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt ω₂ monoton zu, wenn das Getriebe 30 von der ersten Endstellung gemäss 7 in die zweite Endstellung gemäss 11 gebracht wird.
Das Getriebe 30 ermöglicht eine ungleichförmige Bewegungsübertragung, wobei Geschwindigkeitsänderungen über einen grossen Bereich erzielbar sind. Das Getriebe 30 muss dazu nicht umgeschaltet werden, sodass die Geschwindigkeitsänderungen stufenlos erfolgen, und die Drehzahl des Elektroantriebs 29 braucht nicht über einen grossen Bereich einstellbar zu sein. Insgesamt erlaubt es die Einstellvorrichtung 10, die Einstellkomponente 20 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen, selbst wenn der Elektroantrieb 29 mit konstanter Drehzahl betrieben wird: Befindet sich die Einstellkomponente 20 in oder nahe der ersten Endposition, wird sie mit einer kleinen Geschwindigkeit bewegt und ist somit mittels des Elektroantriebs 29 präzise bewegbar. Soll jedoch von der ersten Endposition zur zweiten Endposition oder von der zweiten Endposition zur ersten Endposition gewechselt werden, erfolgt dies mit hoher Geschwindigkeit.
Im vorliegenden Beispiel ist die Einstellvorrichtung 10 Teil eines Scheinwerfers, wie er in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Die Leiste 20c der Einstellkomponente 20 dient dabei als Blende, die quer zur optischen Achse stufenlos zwischen zwei Endpositionen verschiebbar ist und die auf das ausgesendete Lichtstrahlenbündel wirkt. Der Elektroantrieb 29, welcher die gesteuerte Verschiebung ermöglicht, ist dabei ausserhalb des erzeugten Strahlenbündels angeordnet und behindert somit nicht dessen Aussendung. Insgesamt lässt sich mittels der Einstellvorrichtung 10 eine gewünschte Lichtcharakteristik einstellen, z. B. Fernlicht, Abblendlicht oder ein anderes Lichtverteilungsmuster. Abblendlicht ist z. B. bei der ersten Endposition gemäss 6, Fernlicht bei der zweiten Endposition gemäss 10 einstellbar. Mittels des Getriebes 30 kann rasch zwischen den beiden Endpositionen gewechselt werden (typischerweise weniger als 100 Millisekunden). Gegenüber einer rotierbaren oder schwenkbaren Blende erlaubt es die linear verschiebbare Blende 20c, das Lichtverteilungsmuster auf vielfältigere Weise einzustellen.
Die Einstellvorrichtung 10 ist nicht nur zum Bewegen einer Blende in einem Scheinwerfer, sondern auch anderweitig verwendbar, beispielsweise

– zur Steuerung eines hydraulischen oder pneumatischen Schiebers, um den Durchfluss einzustellen,
– zur Steuerung einer Klappe in einer Ventilation, und/oder
– bei Systemen mit automatischen Türen, bei welchen die Geschwindigkeiten zum Öffnen und Schliessen unterschiedlich sind und/oder eine variable Präzision der Bewegung in verschiedenen Positionen erforderlich ist.

Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
Das Getriebe kann an den jeweiligen gewünschten Bewegungsablauf der Einstellkomponente angepasst sein, indem z. B. die Form und/oder die Anzahl der nicht kreisrunden Getriebeglieder so gewählt ist, dass sich die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle in der gewünschten Weise ändert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10356950 A1 [0002]
- DE 102006017132 A1 [0002]
- EP 1070911 A2 [0002]
- WO 2006/079492 A1 [0002]
- US 5068768 [0002]
- CH 124653 [0002]
- EP 1431118 A2 [0003]
- CH 696067 A5 [0003]
- US 2061322 [0004]

Claims

Einstellvorrichtung zum Bewegen einer Einstellkomponente (20), insbesondere einer Blende (20c), mit einem Elektroantrieb (29), der eine Antriebswelle (29a) aufweist, welche über ein Getriebe (30) auf eine Abtriebswelle (30a) wirkt, an welche die Einstellkomponente gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (31–33) so gestaltet ist, dass das Übersetzungsverhältnis der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle (29a) zur Winkelgeschwindigkeit (ω₂) der Abtriebswelle (30a) nicht konstant ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Getriebe (30) mindestens zwei Getriebeglieder (31, 32, 33) aufweist, welche, jeweils um eine Drehachse (30b, 30c) drehbar sind.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die beiden Getriebeglieder (32, 33) an einer Berührungsstelle (34) in Berührung sind und wobei sich bei Drehung der Getriebeglieder (32, 33) die Berührungsstelle und beim mindestens einem der beiden Getriebeglieder (32, 33) der Abstand (r₂, r₃) zwischen der Drehachse (30b, 30c) und der Berührungsstelle (34) ändert, sodass sich die beiden Getriebeglieder mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten (ω₁, ω₂) drehen.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 3, wobei bei einer Drehung der Getriebeglieder (32, 33) in gleichbleibendem Drehsinn der Abstand (r₂, r₃) monoton zunimmt oder monoton abnimmt.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 4, wobei sich der Abstand (r₂, r₃) spiralförmig ändert.
Einstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Abstand zwischen den beiden Drehachsen (30b, 30c) fest ist und/oder die Drehachsen (30b, 30c) parallel zueinander angeordnet sind.
Einstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei mindestens eines der beiden Getriebeglieder (32, 33) nur um einen Winkel von weniger als 360 Grad und bevorzugt weniger als 270 Grad drehbar ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Getriebe (30) ein Zahngetriebe ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Winkelgeschwindigkeit (ω₂) der Abtriebswelle (30a) einen Maximalwert und einen Minimalwert annimmt, wenn die Antriebswelle (29a) mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird, wobei das Verhältnis vom Maximalwert zum Minimalwert mindestens 5:1 und bevorzugt mindestens 7:1 beträgt.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einstellkomponente (20) linear verschiebbar ist (22).
Einstellvorrichtung nach Anspruch 10, mit zwei Achsen (21a, 21b) zum Führen der Einstellkomponente (20).
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Einstellkomponente (20) eine Blende (20c) aufweist, mittels welcher das von einer Lichtquelle erzeugte Lichtverteilungsmuster veränderbar ist.
Einstellvorrichtung nach Anspruch 12, wobei mittels des Elektroantriebs (29) die Blende (20c) gesteuert und stufenlos zwischen zwei Endpositionen verschiebbar (22) ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Elektroantrieb (29) ein bürstenloser Motor, vorzugsweise ein Schrittmotor oder bürstenloser Gleichstrommotor, ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Drehzahl der Antriebswelle (29a) des Elektroantriebs (29) einstellbar ist.
Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Verzahnung (24) zum Koppeln der Einstellkomponente (20) an die Abtriebswelle (30a) des Getriebes (30).
Scheinwerfer mit einer Einstellvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Scheinwerfer nach Anspruch 17, mit einer Lichtquelle, einem Reflektor (4), der vorzugsweise elliptisch ist, und/oder einer Linse (1).
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 17 oder 18, der um mindestens eine Schwenkachse (6) schwenkbar ist.